JP5962524B2 - 金属イオン電池を構成する部品の性能試験方法、試験装置及び性能試験用の試験片 - Google Patents
金属イオン電池を構成する部品の性能試験方法、試験装置及び性能試験用の試験片 Download PDFInfo
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Description
[式1]Deff=X2/4tn
[式2]∂C(x,t)/∂t=D(∂2C(x,t)/∂x2)
より算出したものである。Li濃度が100%(C=1.0)となる点における近似により、
[式3]1≒x/(√(4kt))(2/√π)
となるので、kを近似誤差を含めた拡散係数Deffとおくことで、[式1]が得られる。
[式1]Deff=X2/4tn
Ca(ClO4)2、Ca2[Fe(CN)6] などを非プロトン極性溶媒に溶解した液を用いる。電極材料としてはCaMn2O4/MoS2系が有望視されている。そのほか、マグネシウムやナトリウムを使う方法も知られている。
[式2]6C+ Li+ e- = LiC6 (満拡散状態)
[式3] 6nC+ Li+ e- = LiC6n (n>1、充電途上)
このような生成物は、結晶構造として層状を有する黒鉛の層間にLiイオンが時間経過とともに次第にインターカレート(挿入)されていくことで、随時生成物が変化する。つまり、炭素のみの状態から、6n個の炭素に対してLiが1つの状態(LiC6n)を経て、6つの炭素に対してLiが1つ(LiC6)となって、満拡散状態に至る。
Deff=X2/4tn [1]
(a)では、ピークのラマンシフト値(1580/cm)は、黒鉛の特性を示しており、t0=0secでは、負電極用活物質中に金属イオンが拡散しておらず、
(b)では、ピークのラマンシフト値(1589/cm)は、LiCm(m>24)の特性を示しており、
(c)では、ピークのラマンシフト値(1599/cm)は、LiC24の特性を示し、
(d)では、ピークのラマンシフト値(1587/cm)は、LiC12の特性を示していることから、時間経過(a)→(b)→(c)→(d)に伴い、Liイオンが拡散し、測定点Pの生成物が、黒鉛A→LiCm(m>24)→LiC24→LiC12と、変化していることがわかる。
[式1]Deff=X2/4tn
図4、及び図5から明らかなように、(b)t1=90sec時に特定された化合物は初期拡散状態であるところのLiCm(m>24)であり、(c)t2=360sec時に特定された化合物は中間拡散状態であるところのLiC24であり、3600sec時に特定された化合物は(c)t2=360sec時に特定された化合物からさらに充電が進行した中間拡散状態のLiC12であり、それぞれ、上記経過時間と、距離Xとを用いた上記式1より拡散係数が求められた。
12 基板
13 活物質層
14 金属Liフォイル
15 電解液
16 ガラス板
24 分光器
26 試験片
27 スペクトル測定手段
28 特定手段
29 演算手段
30 表示手段
31 判定手段
32 測定点位置決め手段
33 制御手段
34 入力手段
35 検出手段
Claims (8)
- 金属イオン電池を構成する部品の性能試験方法であって、
負電極用活物質の表面上の所定位置に、上記金属イオンとなる金属成分を含む正電極用部材を上記負電極用活物質の表面積よりも小面積で接触させて設置する工程と、
上記金属イオンを伝導する電解質を、上記正電極用部材および上記負電極用活物質の接触面間に介在させて両者に接触させる工程と、
上記負電極用活物質の表面上のスペクトルを測定することによって、上記負電極用活物質への上記正電極用部材の金属イオンの拡散状態を検出する工程と、
検出した拡散状態から求めた、拡散速度に応じて金属イオン電池を構成する部品の性能を判定する工程と、
を有し、
上記拡散状態を検出する工程は、
測定した上記スペクトルを基に、上記金属イオンの上記負電極用活物質への拡散による反応で生成した生成物を特定する工程を有することを特徴とする、金属イオン電池を構成する部品の性能試験方法。 - 請求項1において、
上記拡散状態を検出する工程は、
上記負電極用活物質の表面上に上記正電極用部材との接触部分から所定距離Xを離して測定点Pを決定する工程と、
所定時間間隔毎に測定点Pのスペクトルを測定する工程とを有し、
上記測定した拡散状態から求めた、拡散速度に応じて金属イオン電池を構成する部品の性能を判定する工程は、
上記金属イオンの上記負電極用活物質への拡散による反応で生成した生成物を特定するスペクトルが得られた時間に基づいて、上記負電極用活物質の表面と上記正電極用部材との接触部分から測定点Pの少なくとも一部の間の拡散速度に相関する値を算出する工程、
を有することを特徴とする、
金属イオン電池を構成する部品の性能試験方法。 - 請求項2において、
上記拡散速度に相関する値として、スペクトルに任意の拡散状態を示す特徴が出た時間をtn(n=1,2,…)とし、次式1により拡散係数Deffを導出することを特徴とする
、
金属イオン電池を構成する部品の性能試験方法。
[式1] Deff=X2/4tn - 請求項2又は請求項3において、上記正電極用部材に含まれる上記金属イオン電池の金属成分がリチウム(Li)であり、
上記負電極用活物質を基板上に形成し、
上記正電極用部材および上記負電極用活物質の両者に接触するように上記電解質を設置した後に、少なくとも上記負電極用活物質の表面と上記正電極用部材との接触部分から測定点Pの間を覆う外気遮断手段が設けられていることを特徴とする、金属イオン電池を構成する部品の性能試験方法。 - 金属イオン電池を構成する部品の性能試験装置であって、
負電極用活物質の表面上の所定位置に、上記金属イオンとなる金属成分を含む正電極用部材が上記負電極用活物質の表面積よりも小面積で接触して設置され、
上記金属イオンを伝導する電解質が、上記正電極用部材および上記負電極用活物質の接触面間に介在させて両者に接触するように設置された試験片と、
上記負電極用活物質の表面上のスペクトルを測定することによって、上記負電極用活物質への上記金属イオンの拡散状態を検出する検出手段と、
検出した拡散状態から求めた拡散速度に応じて、金属イオン電池を構成する部品の性能として判定する判定手段と、
を有し、
上記拡散状態を検出する検出手段は、
測定された上記スペクトルを基に、上記金属イオンと上記負電極用活物質との反応で生成した生成物を特定する特定手段を備えることを特徴とする、金属イオン電池を構成する部品の性能試験装置。 - 請求項5において、
上記拡散状態を検出する検出手段は、
上記負電極用活物質の表面上に上記正電極用部材から所定距離Xを離して測定点Pを決定する測定点位置決め手段と、
所定時間間隔毎に測定点Pのスペクトルを測定するスペクトル測定手段とを有し、
上記判定手段は、上記金属イオンの上記負電極用活物質への拡散による反応で生成した生成物を特定するスペクトルが得られた時間に基づいて、上記負電極用活物質の表面と上記正電極用部材との接触部分から測定点Pの間の拡散速度に相関する値を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする、金属イオン電池を構成する部品の性能試験装置。 - 請求項6において、
上記金属イオン拡散速度に相関する値の算出は、スペクトルに任意の拡散状態を示す特徴が出た時間をtn(n=1,2,…)とし、次式1により拡散係数Deffが導出されることを特徴とする、
金属イオン電池を構成する部品の性能試験装置。
[式1]Deff=X2/4tn - 請求項6又は請求項7において、
上記試験片は、正電極用で上記金属イオンとなる金属成分がLiであり、
上記負電極用活物質が、基板上に形成されていて、
少なくとも上記負電極用活物質の表面上と上記正電極用部材との接触部分から測定点Pの間を覆う外気遮断手段が設けられていることを特徴とする、金属イオン電池を構成する部品の性能試験の試験装置。
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JP2013012743A JP5962524B2 (ja) | 2013-01-28 | 2013-01-28 | 金属イオン電池を構成する部品の性能試験方法、試験装置及び性能試験用の試験片 |
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